Gefräßige Hefen: Hunger auf Lysin schützt gegen Stress

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Hefezellen können bei Bedarf große Mengen der Aminosäure Lysin aufnehmen und dadurch ihren Stoffwechsel umstellen. Damit trotzen sie oxidativem Stress, wie Wissenschaftler der Universität Cambridge und ihre Kollegen festgestellt haben. Wie sie in ihrer Veröffentlichung im Fachmagazin Nature (doi.org/10.1038/s41586-019-1442-6) schreiben, ist dieser Schutzmechanismus eine Besonderheit bei Hefen. Andere Zellsorten wie tierische Zellen haben diese Fähigkeit nicht, weil sie Lysin grundsätzlich anders verwerten.

 

Lysin: eine essenzielle Aminosäure

Der Mensch muss Lysin mit der Nahrung zu sich nehmen, denn ihm fehlt der entsprechende Stoffwechselweg, diese essentielle Aminosäure selbst herzustellen. Anders die Hefen. Hefen brauchen zwar auch Aminosäuren zum Wachsen und nehmen sie aus dem Nährmedium auf, aber wenn Lysin fehlt, können sie es auch selbst produzieren. Das könnte ein Vorteil sein, meinen der Biochemiker Markus Ralser und seine Kollegen.

Normalerweise nehmen Mikroorganismen Nährstoffe aus der Umgebung auf, um zu wachsen. Hier nicht.

Denn dadurch eröffnen sie sich eine weitere Verwertungskette für diese Aminosäure. Ein berühmtes Abbauprodukt von Lysin ist Kadaverin, ein bekannter Fäulnisgeruchsträger, das bei Verwesung in großen Mengen freigesetzt wird. Die Wissenschaftler stellten fest, dass die Hefen, die Lysin in großen Mengen aufnahmen, auch Kadaverin produzierten.

Das wiederum kann zu Polyaminen werden. Und Polyamine spielen, so glauben viele Wissenschaftler, bei der Toleranz der Hefe gegenüber Oxidantien eine gewisse Rolle. Welche genau, ist aber noch unklar. Möglich, so die Autoren, ist eine Rückkopplung mit dem Lysinstoffwechsel.

 

Ernte und Umschaltung

Bei die Lysinaufnahme, die die Wissenschaftler als „Ernte” beschreiben, geschah aber noch etwas anderes. Die Hefen schalteten ihren Stoffwechsel von der Zuckerverdauung, der Glykolyse, zum sogenannten Pentosephosphatweg um. Dieser dient normalerweise dazu, Komponenten für die DNA herzustellen. Das war aber hier offenbar nicht Zweck des Switches.

Sondern die Umleitung eines sehr nützlichen Produktes aus diesem Weg direkt in ein Schutzmolekül gegen oxidativen Angriff. Glutathion kann gefährliche Sauerstoffkomponenten wirkungsvoll entschärfen, aber es muss ständig regeneriert werden. Das gelingt mit einer Substanz, die früh im Pentosephosphatweg hergestellt wird, NADPH. Die Wissenschaftler beobachteten in ihren biochemischen Experimenten mit Hefe eine Umleitung von NADPH in den Glutathionstoffwechsel.

 

Unnachahmlich

Dadurch stieg die Stresstoleranz. Diese aktive Verteidigungsstrategie der Hefen ist bemerkenswert, sagen die Autoren. Normalerweise nehmen Mikroorganismen Nährstoffe aus der Umgebung auf, um zu wachsen. Hier aber verwenden sie eine Aminosäure gezielt als eine Art Währung, um ihre zelleigene Waffe gegen Schäden einsatzbereit zu halten.

Die Hefen haben diesen Mechanismus wohl eigenständig entwickelt. Bei anderen Zelltypen wie tierischen Zellen beobachteten die Wissenschaftler den Mechanismus nicht. Im Unterschied zu Hefen verwenden diese Zelltypen Lysin nur zum Wachsen. Die Eigenproduktion macht die Hefen offenbar flexibler.